DE4232880A1 - Dampferzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen fossil befeuerten Dampferzeuger mit einem vertikalen Gaszug, dessen Umfas­ sungswand aus von einem Medium durchströmbaren Rohren gebildet ist.

Die Umfassungswand, die üblicherweise die Verdampferheiz­ fläche des Dampferzeugers bildet, ist häufig von Heizele­ ment zu Heizelement einer unterschiedlich starken Beheizung ausgesetzt. So ist meist im unteren, flammennahen Bereich, in dem eine Anzahl von Brennern für einen fossilen Brenn­ stoff angeordnet ist, die Beheizung wesentlich stärker als im darüberliegenden, flammenfernen Bereich. Der Grund hier­ für liegt auch darin, daß in diesem flammenfernen Bereich häufig zusätzliche Wärmetauscherflächen angeordnet sind, welche die Umfassungswand gegen eine zu intensive Beheizung, insbesondere durch Wärmestrahlung, abschirmen.

Die mediumseitig von unten nach oben parallel durchström­ ten Rohre der Umfassungswand sind zur Bildung einer sich üblicherweise über die gesamte vertikale Ausdehnung des Gaszugs erstreckenden gasdichten Rohrwand an ihren Längs­ seiten miteinander verschweißt. Dabei ist die Rohrwand entweder als Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion mit an den Rohren befestigten Längsblechen oder als Flossenrohr-Konstruktion mit an die Rohre angeformten Flossen ausgebildet.

Eine Möglichkeit zur Verminderung des Brennstoffverbrauchs und damit auch eine Minderung der Kohlendioxid-Emission einer fossil befeuerten Dampfkraftanlage besteht in einer Erhöhung des Dampfdrucks am Austritt des Dampferzeugers von bisher ca. 250 bar auf z. B. 300 bar. Mit dem Dampfdruck steigt im Verdampferbereich des Dampferzeugers allerdings auch die Dampftemperatur an, so daß der Einsatz bisher üb­ licher Werkstoffe mit niedrigem Chromgehalt, die sich durch eine einfache Verarbeitung auszeichnen, nicht mehr möglich ist. Dabei kommt erschwerend hinzu, daß aufgrund einer un­ terschiedlich starken Beheizung der Rohre innerhalb einer Querschnittsebene der Umfassungswand der Verdampfungspunkt in den Rohren, d. h. der Übergang vom flüssigen zum gasför­ migen Zustand, in Strömungsrichtung des Mediums an ver­ schiedenen Stellen liegt. Dadurch können erhebliche Tempe­ raturdifferenzen zwischen benachbarten Rohren und damit unterschiedliche Wärmedehnungen der Rohre auftreten. Dies wiederum kann zu Rißbildungen innerhalb der Rohrwand führen.

Um unter Vermeidung eines betriebsbedingten Rohrwandscha­ dens dennoch einen für einen geringen Kohleverbrauch und eine geringe Kohlendioxid-Emission besonders günstigen Frischdampfzustand, z. B. mit einem Dampfdruck von 300 bar und einer Dampftemperatur von 600°C, zu erzielen, wurde bereits der Einsatz hochchromhaltiger Werkstoffe vorge­ schlagen. Die Herstellung einer gasdichten Rohrwand aus einem derartigen Werkstoff muß allerdings besonders sorg­ fältig durchgeführt werden und ist daher besonders kosten­ aufwendig, zumal eine zusätzliche Wärmebehandlung nach dem Verschweißen der Rohre erforderlich ist. Außerdem werden für revisions- oder betriebsbedingte Reparaturen lange Stillstandszeiten benötigt. Dies wiederum wirkt sich in nachteiliger Weise auf die Verfügbarkeit des Dampferzeu­ gers und damit auch auf die Anlagenverfügbarkeit des gesam­ ten Dampfkraftwerks aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der eingangs genannten Art derart auszuge­ stalten, daß bei gleichzeitig geringem technischem Aufwand und hoher Verfügbarkeit ein Frischdampfzustand mit hohem Dampfdruck erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohre einerseits im unteren flammennahen Bereich gasdicht miteinander verbunden und andererseits im darüber liegenden flammenfernen Bereich unter Spaltbildung nebeneinander an­ geordnet sind.

Im unteren flammennahen Bereich, in dem das die Rohre durchströmende Medium im wesentlichen Wasser ist, ist die Temperaturdifferenz zwischen benachbarten Rohren kleiner als im darüber liegenden flammenfernen Bereich, in dem das die Rohre durchströmende Medium im wesentlichen Dampf ist. Besonders am Verdampferaustritt und im Bereich des Über­ gangs von Wasser zu Dampf können die Temperaturdifferenzen zwischen den Rohren besonders groß werden und besonders schädlich sein. Daher liegt zweckmäßigerweise der Übergang von der unteren gasdichten zur darüberliegenden spaltbilden­ den Anordnung der Rohre im Höhenbereich des Übergangs des Mediums vom flüssigen zum gasförmigen Zustand. Das Kriteri­ um zur Festlegung der Grenze zwischen der gasdichten und der spaltbildenden Anordnung kann mediumseitig z. B. der Übergang von Wasser zu Dampf oder einem Wasser-Dampf Gemisch sein.

Da im obersten Teil des vertikalen Gaszugs, in dem prak­ tisch keine Flammen- oder Gasstrahlung herrscht, eine Rohrwanddicke von etwa 8 mm zugelassen ist, können die Rohre in diesem oberhalb der spaltbildenden Anordnung liegenden Bereich wiederum gasdicht miteinander verbunden sein. In diesem Bereich kann außerdem ein Rohrwandwerk­ stoff mit einem niedrigen Chromgehalt verwendet werden.

Die Rohre der Rohr- oder Umfassungswand können als Flossen­ rohre oder als beflosste Rohre ausgeführt sein. Insbesonde­ re im flammenfernen Bereich, in dem die Rohre unter Spalt­ bildung nebeneinander angeordnet sind, weisen diese an ihren Längsseiten angeformte oder angeschweißte, flossen­ förmige Längsbleche auf.

Die Rohre der Umfassungswand sind zweckmäßigerweise sowohl im flammennahen als auch im flammenfernen Bereich vertikal verlaufend angeordnet. Sie können aber auch, insbesondere im flammennahen Bereich, spiralförmig verlaufend angeord­ net sein.

Um eine ausreichende Gasdichtheit der Umfassungswand über die gesamte vertikale Ausdehnung des Gaszugs zu erreichen, sollte in zweckmäßiger Ausgestaltung im Bereich der unter Spaltbildung nebeneinander angeordneten Rohre an der Außen­ seite der Umfassungswand eine Abdichtung, z. B. ein Blech, vorgesehen sein.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß ein Dampferzeuger mit einem vertikalen Gas­ zug, dessen Umfassungswand teilweise aus gasdicht mitein­ ander verbundenen und teilweise aus unter Spaltbildung nebeneinander angeordneten Rohren gebildet ist, besonders wirtschaftlich herstellbar ist. Außerdem ist dessen Ver­ fügbarkeit aufgrund geringer Stillstandszeiten bei Repara­ turarbeiten besonders hoch, zumal gerade in dem Bereich, in dem die Störanfälligkeit infolge besonders hoher Wärme­ beanspruchung besonders hoch ist, die einzelnen Rohre nicht miteinander verbunden und somit in einfacher Weise komplett oder abschnittsweise austauschbar sind. Darüber hinaus kön­ nen Frischdampfzustände mit besonders hohen Dampfdrücken und Dampftemperaturen erzielt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung einen Dampferzeuger mit einem in drei Abschnitte unterteilten vertikalen Gaszug,

Fig. 2 und 3 im Ausschnitt einen Querschnitt einer gasdichten Rohrwand mit beflossten Rohren bzw. mit Flossenrohren, und

Fig. 4 und 5 im Ausschnitt einen Querschnitt aus einer Rohrwand mit unter Spaltbildung nebeneinander angeordneten beflossten Rohren bzw. Flossenrohren.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der vertikale Gaszug des Dampferzeugers 2 gemäß Fig. 1 mit rechteckigem Querschnitt ist durch eine Umfassungswand 4 gebildet, die am Unterende des Gaszugs in einen trichter­ förmigen Boden 6 übergeht. Der Boden 6 umfaßt eine nicht näher dargestellte Austragsöffnung 8 für Asche.

In einem unteren Bereich A des Gaszugs sind ein Anzahl von Brennern für einen fossilen Brennstoff in jeweils einer Öffnung 10, von denen nur zwei sichtbar sind, in der aus Rohren 12 gebildeten Umfassungswand 4 angebracht. Die Rohre 12 können in diesem Bereich A sowohl vertikal als auch spiralförmig verlaufend angeordnet sein, wie auf der linken bzw. rechten Seite der Fig. 1 angedeutet ist.

Über dem unteren Bereich A des Gaszugs befindet sich ein zweiter, flammenferner Bereich B des Gaszugs, über dem ein dritter, oberer Bereich C des Gaszugs vorgesehen ist. In den Bereichen B und C des Gaszugs, in denen außerdem Kon­ vektionsheizflächen 14, 16 und 18 angeordnet sind, verlau­ fen die Rohre 12 vertikal. Oberhalb des Bereichs C des Gas­ zugs befindet sich ein Rauchgasaustrittskanal 20, über den das durch Verbrennung eines fossilen Brennstoffs erzeugte Rauchgas RG den vertikalen Gaszug verläßt.

Der untere, flammennahe Bereich A zeichnet sich durch eine sehr hohe Wärmestromdichte und einen guten inneren Wärme­ übergang in den Rohren 12 aus. In diesem Bereich A beträgt die Rohrwanddicke maximal 6,3 mm. Der flammenferne Bereich B, der sich im sogenannten Gasstrahlraum befindet, zeich­ net sich ebenfalls durch eine hohe Wärmestromdichte, aber auch durch einen geringeren, verschlechterten inneren Wärmeübergang in den Rohren 12 aus. Der obere, ebenfalls flammenferne Bereich C, der auch als Konvektionszug bezeichnet wird, zeichnet sich durch eine niedrige Wärme­ stromdichte und einen mäßigen inneren Wärmeübergang in den Rohren 12 aus. In diesem Bereich C darf die maximale Rohr­ wanddicke 8 mm betragen.

Das in den Rohren 12 strömende Medium liegt während des Betriebs des Dampferzeugers 2 je nach Bereich A, B und C in flüssigem oder gasförmigem Zustand vor. Während nun zumindest im größten Teil des Bereichs A, der die Verdamp­ ferheizfläche des Dampferzeugers 2 bildet, das innerhalb der Rohre 12 strömende Medium im wesentlichen Wasser ist, liegt im Bereich B das Medium im wesentlichen in Form eines Gemisches aus Wasser und Wasserdampf oder bereits in Form von Dampf vor. In einem Zwischenbereich 22 zwischen den Be­ reichen A und B, in dem sich zweckmäßigerweise der Verdamp­ feraustritt befindet, liegt der Übergang vom flüssigen zum gasförmigen Zustand. In diesem Zwischenbereich 22 sind die betriebsbedingten Temperaturdifferenzen zwischen benachbar­ ten Rohren, insbesondere bei hohen Dampfdrücken und hohen Dampftemperaturen, häufig besonders groß. Demgegenüber sind die Temperaturdifferenzen zwischen den wasserdurch­ strömten Rohren 12 des Bereichs A und den im wesentlichen dampfdurchströmten Rohren 12 des Bereichs B relativ klein, wobei die Temperaturdifferenzen zwischen den Rohren 12 des Bereichs B größer sind als zwischen denen des Bereichs A.

Daher sind die Rohre 12 einerseits - wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt - im unteren, flammennahen Bereich A gasdicht miteinander verbunden und andererseits - wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt - im darüberliegenden, flammenfernen Bereich B unter Spaltbildung nebeneinander angeordnet. Dazu sind gemäß Fig. 2 zwischen benachbarten Rohren 12 längsseitig verschweißte Längsbleche 24 vorgesehen. Diese Bauweise wird auch als Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion bezeich­ net. Alternativ können gemäß Fig. 3 sogenannte Flossen­ rohre 12′ mit angeformten Flossen 26 eingesetzt sein, die an ihren Längsseiten miteinander verschweißt sind. Diese Bauweise wird auch als Flossenrohr-Konstruktion bezeichnet.

Im Bereich B sind gemäß Fig. 4 die Rohre 12 mit Längs­ blechen 24′ versehen und unter Bildung jeweils eines Spalts 28 zwischen benachbarten Rohren 12 nebeneinander angeordnet. Jeweils zwei Längsbleche 24′ sind an jedem Rohr 12 zur Flossenbildung angeschweißt. Derartige Rohre 12 werden daher auch als beflosste Rohre bezeichnet. Alternativ können auch in diesem Bereich B Flossenrohre 12′ eingesetzt werden, die dann ebenfalls unter Bildung von Spalten 28′ nebeneinander angeordnet sind. In diesem Bereich B, in dem die Rohre 12 als beflosste Rohre oder als Flossenrohre 12′ unter Spaltbildung nebeneinander an­ geordnet sind, ist an der Außenseite der Umfassungswand 4 eine Abdichtung 30, z. B. ein Blech, vorgesehen. Dadurch ist auch in diesem Bereich B eine ausreichende Gasdichtheit des vertikalen Gaszugs gegenüber seiner Umgebung gewähr­ leistet.

Im oberen Bereich C sind die Rohre 12 zweckmäßigerweise wiederum gasdicht miteinander verbunden. Sie bilden dort somit, entweder gemäß Fig. 2 in Rohr-Steg-Rohr-Konstruk­ tion oder gemäß Fig. 3 in Flossenrohr-Konstruktion, wiederum eine gasdichte Rohrwand.

Claims (7)

1. Fossil befeuerter Dampferzeuger (2) mit einem vertikalen Gaszug, dessen Umfassungswand (4) aus von einem Medium durchströmbaren Rohren (12; 12′) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (12; 12′) einerseits in einem unteren flammennahen Bereich (A) gasdicht miteinander verbunden und andererseits in einem darüberliegenden flammenfernen Bereich (B) unter Spaltbildung nebeneinander angeordnet sind.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von der unteren gasdichten zur darüberliegenden spaltbildenden Anordnung mediumseitig im Bereich (22) des Übergangs vom flüssigen zum gasförmigen Zustand liegt.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (12; 12′) in einem Bereich (C) oberhalb der spalt­ bildenden Anordnung wiederum gasdicht miteinander verbunden sind.

4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (12; 12′) an ihren Längsseiten flossenförmige Längs­ bleche (24; 24′, 26) aufweisen.

5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (12; 12′) der Umfassungswand (4) im flammennahen Bereich (A) spiralförmig und im flammenfernen Bereich (B, C) vertikal verlaufend angeordnet sind.

6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (12; 12′) der Umfassungswand (4) sowohl im flammen­ nahen Bereich (A) als auch im flammenfernen Bereich (B, C) vertikal verlaufend angeordnet sind.

7. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich (B), in dem die Rohre (12; 12′) unter Spaltbildung nebeneinander angeordnet sind, an der Außenseite der Um­ fassungswand (4) eine Abdichtung (30) vorgesehen ist.